商用车EMB及全线控制动系统介绍w6.jpg

商用车（主要是指货车、客车）制动系统采用压缩空气作为制动控制能源已经有近百年的历史，随着全球经济的发展道路运输条件不断改善，特别是高速公路逐渐普及使得货、客运输车辆行驶速度不断提高，为了保障车辆行驶安全，国家政府层面颁布了相应车辆制动法规标准，整车生产企业也向市场推出了达标的商用车辆，但是这些都是基于传统的商用车使用压缩空气作为基础来改善提高制动性，虽然商用车EBS采用电控方式提高了制动过程中前期的操控反应时间，但是后期驱动车轮制动器制动的方式依然是沿用升压滞后的压缩空气，而电动机械制动（electromechanical braking 缩写EMB）（见图1）从根本上解决了商用车采用压缩空气作为控制和驱动介质实施车辆制动带来的先天性不足。



图1  EMB

一、EMB制动原理

图2、图3所示是采用了EMB的商用车全线控制动系统（braking by full wire），整个系统采用全电控和电机驱动制动卡钳，系统的制动电能是由车载24伏蓄电池提供。

当驾驶员实施行车制动时，踩踏电控制动踏板分别输出给前制动控制单元ACM1和后制动控制单元ACM2控制信号，两个ACM会依据从电控踏板输入信号的大小及车速、轴荷等工况分别对前、后各自的两个EMB输送控制信号，该信号操控卡钳电机输出不同的扭矩，该扭矩被卡钳内部的机械减速装置进一步增大后传输给制动盘，最后使车辆得到减速或停车。

当驾驶员对车辆实施驻车制动时，手操控驻车开关（EPB）向ACM发送单独的信号，该信号控制ACM内部的驻车专用模块向卡钳电机输入单独的驻车控制信号，而使电机和系统断电同时释放机械锁紧装置保证车辆驻车。

制动过程中系统从前、后ACM内的储能电池获得供电，当其电压降低到一定值时车辆上的蓄电池会按控制要求向其充电。



图2  商用车全线控制动系统构造



图3  商用车全线控制动系统简化示意图

二、EMB的性能特点

由于EMB制动系统的控制与驱动都是电信号，相比传统的气压制动系统能大大减少车辆制动反应时间、提高制动效能、缩短制动距离，图4是一辆匹配EMB的40t载货车以90km/h初速度与相同吨位和初速的其它几种气压制动车辆制动距离路试的比较结果，从对比结果看到配EMB货车制动距离已经达到了物理极限。图5是EMB与EBS在低附着路面制动过程中滑移率控制对比试验结果，很明显由于空气升压过程滞后，EBS、ABS控制反应频率缓慢，造成车辆制动距离长，而全电控的EMB其高频和精准控制程度要远高于气控。

从图3能看到EMB系统比传统的气制动能实现更多的冗余保护功能，当前或后制动出现故障时，正常工作的ACM会接管控制有故障ACM，同样驻车制动也可以实现类似对前、后驻车的冗余保护，这些高于国家制动法规标准要求的冗余功能对于EMB系统来讲很容易实现，只用线束连接方式和软件既可实现。

在EMB制动系统结构图2中看到整个系统结构比气制动简化得多，零部件数量、重量都少于小于传统气制动，这不但降低了生产线装配和维护保养的难度、节省了使用维修成本，还减轻了整个制动系统在整车中重量，特别是EMB系统其机械效率相比气制动有了明显提高，图6清楚显示出了EMB更加节能，能使车辆减少动力消耗及降低排放，同时因为不使用压缩空气就从根本上消除了制动排气噪音，节能、减排、降噪符合商用车绿色环保发展要求理念。



图4  配EMB制动系统与常规系统、ABS、EBS车辆制动距离对比



图5  EMB与EBS制动滑移率控制对比



图6  EMB与EBS机械效率对比

三、EMB是电动商用车、智能驾驶的理想选择

由于EMB系统使用车载蓄电池工作，它不但适合内燃机车辆采用，更适合电动商用车应用，由于电动车没有发动机，制动空压机只能采用专门的电机来驱动空压机，且还要给电动空压机设置专门的润滑和冷却系统，这就造成了空压机总成重量显著增大，其工作时泵气噪音远高于车辆驱动电机的声频，而EMB系统除了能提高车辆制动性能外能使这一问题彻底解决。

再生制动能量回收对于电动车非常重要，由于EMB制动反应快不滞后，车辆减速滑行过程中就可以采用行车制动晚介入控制逻辑，使驱动电机拖滞时间加长充分输出再生电能，所以EMB能提高再生制动解耦性。

在商用车主动安全功能方面，EMB相对传统的空气制动优越性同样明显，包括防抱死功能（ABS）、自动防撞功能（AEBS）、车辆稳定功能（ESC）、自动巡航（ACC）及ADAS、无人驾驶等车辆主动安全功能方面。这些内容本文不再详述。

四、结束语

就像ABS技术最早期先在飞机应用一样，EMB也是上世纪90年代左右飞机上首先被采用，最近二十年来全球汽车行业也一直在研究探讨在汽车上应用EMB的可行性，目前全球与EMB相关的注册专利大约有2000多件。依照当初ABS在汽车领域应用的历史，借助于现代控制电机技术及电子元器件微型化、低成本的优势，EMB将成为车辆制动系统发展的下一个方向，尤其是在商用车上会逐渐替代传统空气制动系统。

据悉，目前已有汽车零部件企业与国外公司在国内合作，开始在全球率先启动了EMB应用到商用车上的产品研发、匹配和生产制造工作。

我国是交通事故高发国家，提高车辆主动安全功能是改善我国交通安全的重要措施之一，尤其是提高我国大卡车、大客车等商用车行驶制动性能，对避免和减少重大恶性交通事故起到重要作用。

作者：王化平 瀚德万安（上海）电控制动系统有限公司

针对商用车制动系统及其控制技术，我们拥有深厚的专业知识和经验。当前商用车制动系统主要依赖压缩空气作为制动能源，随着技术与法规的发展，传统的制动方式逐渐无法满足高速运输的安全需求。在此背景下，我们引入EMB（电动机械制动系统）及全线控制动系统。与传统的压缩空气制动相比，EMB采用先进的电子控制技术，实现更快速、更精确的制动反应。同时，全线控制动系统不仅优化了制动过程，更提高了整车安全性能。通过精准控制气压与电流，我们实现了前期电控的快速响应与后期机械制动的无缝衔接，提高了制动性能的同时保障了行车安全。图1为我们的EMB系统示意图，展示了其先进的技术和设计理念。我们相信，随着技术的不断进步，EMB及全线控制动系统将在商用车领域发挥更大的作用。